004 Dimensionnement helice

04/11/04 M.Suire - Dimensionnement hélice.doc 1
NOTICE
TECHNIQUE N° 004 Date : 11/04/03 Révisé le :
DIMENSIONNEMENT HELICE
1 ) -Paramètres de Base :
Vitesse de croisière : V = 230 Km/h soit 63,89 m/s soit 143mph
Puissance moteur : Lycoming O 360 P = 180 Ch = 132,48 kw
Vitesse de rotation moteur en croisière : RPM = 2500 t/mn= 41,67 t/s
2 ) Calcul de la vitesse angulaire de l’hélice :
Ω = RPM (t/mn )x 2 π = RPM x 0,105 = 262,5 rad / sec
60
Ω = 262,5 rad / sec.
3 ) Calcul de la vitesse en bout de pale Vp :
Le calcul se fait par itération à l’aide de la formule suivante :
Vp(m/s) = V² + ( Ω x D/2)²
Avec : D : Diamètre hélice ( en mètres )
V : Vitesse avion ( en m/s )
Cette vitesse tangentielle en bout de pale, doit être inférieure à la vitesse du son (340 m/s ),
moins une marge de sécurité de 15% soit 289 m/s .
On choisira un diamètre maximum d’hélice satisfaisant à cette condition :
Pour D= 1,80 m.,et V² = (230/3,6 )² = 4082, il vient alors : Vp = 4082+(262,5x0,9) ² = 244,7 m/s
On effectue les mêmes calculs pour des diamètres de1,90- 2,00- 2,10 et 2,20 m ,les résultats sont
consignés dans le tableau suivant :
D ( m ) 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20
Vp (m/s ) 244,7 257,4 270 283 296
On remarque que la vitesse tangentielle max de 289 m/s correspond à un diamètre max d’hélice de
2m15.
Pour rester dans des dimensions standards raisonnables, nous choisirons :
D = 1, 93 m ( soit 76 ″ )
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

04/11/04 M.Suire - Dimensionnement hélice.doc 2
Remarque : Une autre formule nous fourni le diamètre optimum de l’hélice (D. Marie )
D = 1,04 4 P.10 8 Avec : - P en Ch.
RPM ². V - RPM en t/mn
- - V en km/h
- D en m.
D = 1,044 180 . 10 8
2500 ² . 230
D = 1,956 m.
Notre choix est confirmé.
4 ) Calcul de la poussée au point fixe : Celle-ci est donnée par la formule :
T
0
= 7,4.( P ch . D m ) 2 / 3 . ( p / p 0 ) 1 / 3 avec : p : Densité de l’air à l’altitude
considérée
p0 : Densité de l’air au niveau
de la mer
T0 : Poussée en kg
On a aussi p/p0 = 31 - H 2 Si l’on prend H = 0,3km (1000 f t) on a p/p0 = 0,96
31+ H
T0 = 7,4 (180 . 1,93 )2 / 3 . 0,96 1 / 3 T
0
= 360 kg
5) Calcul du calage de l’hélice : Le calage de l’hélice déterminé à 75 % du rayon est donné par la
formule :
Θ
75 % = 3° + Arctg V m/s
Ω . D/2
Θ
75 %= 3° + Arctg 230 / 3,6 = 3° + 14° = 17° Θ75 % = 17 °
262,5. 0,965
Cet angle de calage est déterminé par rapport au plan de rotation de l’hélice.
6 ) Calcul du Rendement optimum : Le rendement est donné par la formule : ( D. Marie )
R = 0,5416 V 5
RPM ² . P ch
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

04/11/04 M.Suire - Dimensionnement hélice.doc 3
Avec les valeurs choisies précédemment, on trouve :
R = 0,54 16 230 5 = 0,5416 572,11 R
t
= 0,803
2500 ² . 180
7 ) Calcul de l’aire totale : Considérant la formule suivante :
A t = 13 307 . T0
D ² . RPM ² avec A t en m²
Il vient alors A t = 13 307 . 360
1,93 ² . 2500 ²
A t = 0, 206 m ²
8 ) Calcul de la corde de la pale : On détermine la corde de la pale, à partir de l’aire totale :
C = A t
D
C = 0,206 = 0,107 m.
1,93
C ≈ 11 cm.
9 ) Calcul du coefficient J : D’après l’ouvrage ″design of the aeroplane″ on détermine le coefficient
J par l’équation :
J = 1056 V avec : N = 2500 t/mn
N . D V = 230 km/h
= 143 mph
D = 1,93 m.
= 76″
D’où J = 1056 . 143 = 0,795
2500 . 76
J = 0,8
Ce terme J est appelé coefficient d’avancement.
10 ) Calcul du pas de l’hélice : Nous avons utilisé 2 méthodes de détermination du pas :
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

04/11/04 M.Suire - Dimensionnement hélice.doc 4
101 ) Formule proposée par F. Guicheney :
H 0 = V avec V en m/s
N N en t/s
On obtient H0 en m.
H
0
= 63,89 m/s = 1,53 m. ( ou 60,2 ″ )
41,67 t/s H
0
= 1,53m = 60,2 ″ ( 1 )
102 ) D’après ″Elements of Sport Aeroplane Design ″ : A partir d’un graphe J = f (p/ D ),on
détermine le ratio pas / Diamètre,en sachant que nous avons déjà caculé J =0,80on
relève p / D = 0,87 soit :
p = 1,93 . 0,87 = 1,68 m.= 66 ″
on en déduit également le ″ Performance coefficient ″ : 2,6
H’0 = 1,68m = 66″ ( 2 )
La vérité doit probablement se situer entre les 2.
Bibliographie : - Article de B. Michaud « Choisir son hélice « Aviasport avril 95
- Elements of Sport Airplane Design par Vogel Aviation.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com